The manual muscle test (MMT) is a flexible diagnostic tool, which is used in many disciplines, applied in several ways. The main problem is the subjectivity of the test. The MMT in the version of a “break test” depends on the tester’s force rise and the patient’s ability to resist the applied force. As a first step, the investigation of the reproducibility of the testers’ force profile is required for valid application. The study examined the force profiles of n = 29 testers (n = 9 experiences (Exp), n = 8 little experienced (LitExp), n = 12 beginners (Beg)). The testers performed 10 MMTs according to the test of hip flexors, but against a fixed leg to exclude the patient’s reaction. A handheld device recorded the temporal course of the applied force. The results show significant differences between Exp and Beg concerning the starting force (padj = 0.029), the ratio of starting to maximum force (padj = 0.005) and the normalized mean Euclidean distances between the 10 trials (padj = 0.015). The slope is significantly higher in Exp vs. LitExp (p = 0.006) and Beg (p = 0.005). The results also indicate that experienced testers show inter-tester differences and partly even a low intra-tester reproducibility. This highlights the necessity of an objective MMT-assessment. Furthermore, an agreement on a standardized force profile is required. A suggestion for this is given.

Background: In isometric muscle function, there are subjectively two different modes of performance: one can either hold isometrically - thus resist an impacting force - or push isometrically -therefore work against a stable resistance. The purpose of this study is to investigate whether or not two different isometric muscle actions - the holding vs. pushing one (HIMA vs PIMA) - can be distinguished by objective parameters. Methods: Ten subjects performed two different measuring modes at 80% of MVC realized by a special pneumatic system. During HIMA the subject had to resist the defined impacting force of the pneumatic system in an isometric position, whereby the force of the cylinder works in direction of elbow flexion against the subject. During PIMA the subject worked isometrically in direction of elbow extension against a stable position of the system. The signals of pressure, force, acceleration and mechanomyography/-tendography (MMG/MTG) of the elbow extensor (MMGtri/MTGtri) and the abdominal muscle (MMGobl) were recorded and evaluated concerning the duration of maintaining the force level (force endurance) and the characteristics of MMG-/MTG-signals. Statistical group differences comparing HIMA vs. PIMA were estimated using SPSS. Results: Significant differences between HIMA and PIMA were especially apparent regarding the force endurance: During HIMA the subjects showed a decisively shorter time of stable isometric position (19 +/- 8 s) in comparison with PIMA (41 +/- 24 s; p = .005). In addition, during PIMA the longest isometric plateau amounted to 59.4% of the overall duration time of isometric measuring, during HIMA it lasted 31.6% (p = .000). The frequency of MMG/MTG did not show significant differences. The power in the frequency ranges of 8-15 Hz and 10-29 Hz was significantly higher in the MTGtri performing HIMA compared to PIMA (but not for the MMGs). The amplitude of MMG/MTG did not show any significant difference considering the whole measurement. However, looking only at the last 10% of duration time (exhaustion), the MMGtri showed significantly higher amplitudes during PIMA. Conclusion: The results suggest that under holding isometric conditions muscles exhaust earlier. That means that there are probably two forms of isometric muscle action. We hypothesize two potential reasons for faster yielding during HIMA: (1) earlier metabolic fatigue of the muscle fibers and (2) the complexity of neural control strategies.

Muskeln oszillieren nachgewiesener Weise mit einer Frequenz um 10 Hz. Doch was geschieht mit myofaszialen Oszillationen, wenn zwei neuromuskuläre Systeme interagieren? Die Dissertation widmet sich dieser Fragestellung bei isometrischer Interaktion. Während der Testmessungen ergaben sich Hinweise für das Vorhandensein von möglicherweise zwei verschiedenen Formen der Isometrie. Arbeiten zwei Personen isometrisch gegeneinander, können subjektiv zwei Modi eingenommen werden: man kann entweder isometrisch halten – der Kraft des Partners widerstehen – oder isometrisch drücken – gegen den isometrischen Widerstand des Partners arbeiten. Daher wurde zusätzlich zu den Messungen zur Interaktion zweier Personen an einzelnen Individuen geprüft, ob möglicherweise zwei Formen der Isometrie existieren. Die Promotion besteht demnach aus zwei inhaltlich und methodisch getrennten Teilen: I „Single-Isometrie“ und II „Paar-Isometrie“. Für Teil I wurden mithilfe eines pneumatisch betriebenen Systems die hypothetischen Messmodi Halten und Drücken während isometrischer Aktion untersucht. Bei n = 10 Probanden erfolgte parallel zur Aufzeichnung des Drucksignals während der Messungen die Erfassung der Kraft (DMS) und der Beschleunigung sowie die Aufnahme der mechanischen Muskeloszillationen folgender myotendinöser Strukturen via Mechanomyo- (MMG) bzw. Mechanotendografie (MTG): M. triceps brachii (MMGtri), Trizepssehne (MTGtri), M. obliquus externus abdominis (MMGobl). Pro Proband wurden bei 80 % der MVC sowohl sechs 15-Sekunden-Messungen (jeweils drei im haltenden bzw. drückenden Modus; Pause: 1 Minute) als auch vier Ermüdungsmessungen (jeweils zwei im haltenden bzw. drückenden Modus; Pause: 2 Minuten) durchgeführt. Zum Vergleich der Messmodi Halten und Drücken wurden die Amplituden der myofaszialen Oszillationen sowie die Kraftausdauer herangezogen. Signifikante Unterschiede zwischen dem haltenden und dem drückenden Modus zeigten sich insbesondere im Bereich der Ermüdungscharakteristik. So lassen Probanden im haltenden Modus signifikant früher nach als im drückenden Modus (t(9) = 3,716; p = .005). Im drückenden Modus macht das längste isometrische Plateau durchschnittlich 59,4 % der Gesamtdauer aus, im haltenden sind es 31,6 % (t(19) = 5,265, p = .000). Die Amplituden der Single-Isometrie-Messungen unterscheiden sich nicht signifikant. Allerdings variieren die Amplituden des MMGobl zwischen den Messungen im drückenden Modus signifikant stärker als im haltenden Modus. Aufgrund dieser teils signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Messmodi wurde dieses Setting auch im zweiten Teil „Paar-Isometrie“ berücksichtigt. Dort wurden n = 20 Probanden – eingeteilt in zehn gleichgeschlechtliche Paare – während isometrischer Interaktion untersucht. Die Sensorplatzierung erfolgte analog zu Teil I. Die Oszillationen der erfassten MTG- sowie MMG-Signale wurden u.a. mit Algorithmen der Nichtlinearen Dynamik auf ihre Kohärenz hin untersucht. Durch die Paar-Isometrie-Messungen zeigte sich, dass die Muskeln und die Sehnen beider neuromuskulärer Systeme bei Interaktion im bekannten Frequenzbereich von 10 Hz oszillieren. Außerdem waren sie in der Lage, sich bei Interaktion so aufeinander abzustimmen, dass sich eine signifikante Kohärenz entwickelte, die sich von Zufallspaarungen signifikant unterscheidet (Patchanzahl: t(29) = 3,477; p = .002; Summe der 4 längsten Patches: t(29) = 7,505; p = .000). Es wird der Schluss gezogen, dass neuromuskuläre Komplementärpartner in der Lage sind, sich im Sinne kohärenten Verhaltens zu synchronisieren. Bezüglich der Parameter zur Untersuchung der möglicherweise vorhandenen zwei Formen der Isometrie zeigte sich bei den Paar-Isometrie-Messungen zwischen Halten und Drücken ein signifikanter Unterschied bei der Ermüdungscharakteristik sowie bezüglich der Amplitude der MMGobl. Die Ergebnisse beider Teilstudien bestärken die Hypothese, dass zwei Formen der Isometrie existieren. Fraglich ist, ob man überhaupt von Isometrie sprechen kann, da jede isometrische Muskelaktion aus feinen Oszillationen besteht, die eine per Definition postulierte Isometrie ausschließen. Es wird der Vorschlag unterbreitet, die Isometrie durch den Begriff der Homöometrie auszutauschen. Die Ergebnisse der Paar-Isometrie-Messungen zeigen u.a., dass neuromuskuläre Systeme in der Lage sind, ihre myotendinösen Oszillationen so aufeinander abzustimmen, dass kohärentes Verhalten entsteht. Es wird angenommen, dass hierzu beide neuromuskulären Systeme funktionell intakt sein müssen. Das Verfahren könnte für die Diagnostik funktioneller Störungen relevant werden.